【Adv.Mater.】突破40%透过率！异质合金电极助力近红外柔性OLED实现24.3%超高效率

文章标题：High-Performance Flexible Near-Infrared Organic Light-Emitting Diodes with a Heterogeneous Alloy Semitransparent Electrode
通讯作者：Chi-Ming Che
文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202518212

文章概要

引言

近红外（NIR）光在可穿戴医疗设备中具有深组织穿透、低散射等优势，是脉搏监测、光治疗等应用的核心光源。然而，NIR OLED 的发展长期受限于发光材料的低光致发光量子效率（PLQY），主要源于能隙定律导致的快速非辐射跃迁。通过光学微腔增强辐射跃迁速率（Purcell 效应）是提升 PLQY 的有效策略，但传统柔性半透明电极（如 Ag）在 NIR 区域透过率低、反射强，难以兼顾微腔增强与光提取效率（OCE）。本研究提出一种异质结构的 Mg-Bi 合金半透明电极，通过调控自由载流子振荡与金属反射行为，实现高透过率与高导电性的平衡，从而显著提升柔性 NIR OLED 的效率与机械稳定性。

主要实验及结论

研究团队通过向高导电性的 Mg 中引入低导电性的 Bi，形成具有微观网格结构的 Mg-Bi 异质合金薄膜。该结构限制了自由电子的振荡方向，降低了金属反射率，使得 20 nm 厚的 Mg-Bi 薄膜在 400–1600 nm 范围内实现约 40% 的宽带透过率，明显优于同厚度 Ag 薄膜在 NIR 区域不足 15% 的透过率。同时，Mg-Bi 薄膜保持了 29.3 Ω/□ 的低片电阻，兼具高导电性与高透光性。

进一步的霍尔测试显示，Bi 掺杂导致 Mg 基薄膜发生类金属-绝缘体转变（MIT），40 wt.% Bi 时载流子浓度急剧下降，反射率最低、透过率最高。透射电子显微镜（TEM）揭示 Mg 与 Bi 在纳米尺度上形成明显的异质分布，证实了微观结构对光学行为的关键影响。

基于 Mg-Bi 电极构建的柔性 NIR OLED 在 704 nm 处实现了 24.3% 的外量子效率（EQE），刷新柔性 NIR OLED 的记录；大面积器件（900 mm²）仍保持 19.7% 的高 EQE。加入光学 capping layer 后，器件的光提取效率进一步提升至 42.3%，并有效抑制表面等离激元（SPP）损耗，使发射角度稳定性显著改善。

在机械性能方面，Mg-Bi 电极在 PET 基底上表现出优异的柔韧性与附着力，1000 次弯折后片电阻变化极小，远优于传统 ITO。基于 Mg-Bi OLED 与 OPD 的柔性光电容积脉搏波（PPG）传感器成功实现高信噪比脉搏检测，展示了其在可穿戴医疗中的应用潜力。

总结及展望

本研究通过构建 Mg-Bi 异质合金半透明电极，成功解决了柔性 NIR OLED 中“高透过率—高导电性—低反射”难以兼得的核心矛盾。该电极在 NIR 区域实现近 40% 的宽带透过率，并在光学微腔结构中显著提升 PLQY 与 OCE，使柔性 NIR OLED 的 EQE 达到 24.3% 的新纪录。其优异的机械稳定性与强附着力进一步确保了器件在可穿戴场景中的可靠性。

未来，该策略有望推广至更长波段的红外发光器件、柔性光通信组件以及高性能生物传感平台。通过进一步优化合金比例、微腔结构与柔性封装技术，柔性 NIR OLED 有望在医疗监测、智能皮肤、光治疗等领域实现更广泛的应用。